Elaboración de maquetas artesanales de los equipos cromatógrafo líquido (HPLC) y

1. BIOTECNOLOGÍA ELABORACIÓN DE MAQUETAS (cromatografía líquida y cromatografía a gas) INTEGRANTES Anco Martínez, Salma Apaza Mayta, Liz Capia Choque, Eduard Huamantuma Chire, Tatihana DOCENTE Dr. Hebert Hernan Soto Gonzales ILO 2023

2. UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL PROYECTO: Elaboración de maquetas artesanales de los equipos cromatógrafo líquido (HPLC) y cromatógrafo de gases (CG) CURSO: Biotecnología DOCENTE: Dr. Hebert Hernan Soto Gonzales GRUPO: 4 - A INTEGRANTES: Anco Martínez, Salma Gabriela Apaza Mayta Flor de Liz Karito Capia Choque Eduard Jair Huamantuma Chire Tatihana Karolay 30 DE MAYO DEL 2023 ILO- MOQUEGUA

3. ÍNDICE I. INTRODUCCIÓN................................................................................................................3 II. OBJETIVOS........................................................................................................................4 2.1 Objetivo General............................................................................................................4 2.2 Objetivos Específicos.....................................................................................................4 III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS........................................................................................4 3.1 Cromatografía Líquida de alto rendimiento - HCPL.....................................................4 3.2 Cromatografía de Gases - CG........................................................................................ 7 IV. INSTRUMENTOS............................................................................................................10 V. MATERIALES...................................................................................................................10 VI. METODOLOGÍA............................................................................................................11 6.1 Cromatógrafo Líquido (HPLC)....................................................................................11 6.1.1 Estructura Externa de Cromatógrafo Líquido (HPLC).......................................12 6.1.2 Estructura Interna del Cromatógrafo Líquido (HPLC).......................................16 6.2 Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B).....................................................................19 6.2.1 Estructura Externa del Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B).......................19 6.2.2 Estructura Interna del Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B)........................23 a) Columna y Horno...............................................................................................23 b) Inyectores...........................................................................................................25 c) Caja de Válvulas de Inyección...........................................................................26 d) Detectores.......................................................................................................... 27 e) Vistas de la estructura interna del cromatógrafo de gases (CG)........................ 29 VII. RESULTADOS............................................................................................................... 30 7.1 Cromatógrafo Líquido (HPLC)....................................................................................30 7.2 Cromatógrafo De Gases (CG) Agilent 7890B............................................................. 31 VIII. CONCLUSIONES........................................................................................................ 31 IX. RECOMENDACIONES................................................................................................. 32 X. BIBLIOGRAFÍA...............................................................................................................32

4. I. INTRODUCCIÓN Las cromatografías son procesos que abarcan varias técnicas separativas, basadas en propiedades físicas de algunos materiales, que en interacción con sustancias o mezclas de sustancias, permite descomponer una mezcla y analizar sus constituyentes. Con el desarrollo de la tecnología, las técnicas cromatográficas se diversificaron y mejoraron su capacidad para resolver mezclas de distinta naturaleza. En la actualidad la cromatografía es un método muy utilizado en todas las ramas de la ciencia que permite la separación, identificación y determinación de los componentes químicos en mezclas complejas. Ningún otro método de separación es tan potente y de aplicación tan general. (Sgariglia, M) La cromatografía de líquidos de alta eficacia se utiliza frecuentemente en bioquímica y química analítica para separar los componentes de una mezcla basándose en diferentes tipos de interacciones químicas entre las sustancias a analizar (contenidas en la fase móvil), y la columna cromatográfica (fase estacionaria), mediante el bombeo de la fase móvil a través de la columna del interior. (Guzmán. M) Por otro lado en la cromatografía de Gases su sistema se basa desde los dispositivos de inyección de muestras para su respectivo análisis y tienen la misión de vaporizar la muestra a analizar e incorporar a la corriente de gas portador que se dirige hacia la columna. La vaporización e introducción de las muestras en el sistema, debe realizarse cumpliendo requisitos como la rapidez y precisión en la vaporización. El presente proyecto tiene por objetivo elaborar dos maquetas sobre los equipos de laboratorio los cuales son el cromatógrafo líquido de alta eficacia (HLCP) y el cromatógrafo de gases (CG) a base de material reciclado para lograr comprender la estructura que poseen así como su efectividad en la aplicación de la ingeniería ambiental.

5. II. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Elaboración de maquetas con material reciclado representando los equipos cromatógrafo líquido (HPLC) y Cromatógrafo de gases (CG) 2.2 Objetivos Específicos ❖ Recolectar y emplear materiales reciclados para la elaboración de las maquetas. ❖ Elaborar la maqueta de cromatógrafo líquido de alta eficacia modelo Agilent reconociendo su estructura. ❖ Elaborar la maqueta de cromatógrafo de gases modelo Agilent 7890B reconociendo su estructura. ❖ Explicar el procedimiento de la elaboración de las maquetas. III. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3.1 Cromatografía Líquida de alto rendimiento - HCPL La cromatografía líquida de alto rendimiento o de resolución HPLC por sus nombres en inglés high-performance liquid chromatography permite la separación de compuestos de una mezcla mediante las interacciones específicas con la fase estacionaria permitiendo el paso, identificación y análisis de los componentes de las sustancias en estudio. Este tipo de cromatografía es indicada para el análisis de compuestos poco volátiles, iónicos y termolábiles. El HPLC se caracteriza por la utilización de presión, ya que ayuda a incrementar la velocidad de los compuestos dentro de la columna y en consecuencia de esto, este equipo tiende a ser sofisticado y caro en comparación con una cromatografía líquida convencional en columna. Dentro de sus principales características del HPLC se encuentra su versatilidad ya

6. que este tipo de cromatografía separa macromoléculas, grupos polifuncionales y especies iónicas; también es selectiva y de alto costo, pero efectiva: y dentro de sus aplicaciones se encuentran: el estudio de fármacos (analgésicos, antibióticos, esteroides), estudio de biomoléculas como las proteínas (aminoácidos), carbohidratos, ésteres, estudio de la composición de los productos de alimentación como aditivos, edulcorantes, antioxidantes, estudio de contaminantes como los plaguicidas, estudios de química forense y en la medicina clínica. Las columnas analíticas implementadas son hechas con acero inoxidable con un diámetro interno uniforme entre 2 y 60 mm, presentan una longitud entre 5 y 30 cm y los tamaños de las partículas de los rellenos más comunes son 3.5 µm y 10 µm. Existen en HPLC dos tipos de relleno: el relleno pelicular y de partícula porosa, donde el relleno pelicular consiste en bolas de vidrio o polímero, no porosas, esféricas y que su superficies presenta capas porosa y delgadas de alúmina, sílice o una resina de intercambio iónico; y los rellenos de partículas porosas están formados por micropartículas porosas con diámetros entre 3 y 10 µm. El uso de estos rellenos provoca la separación de los componentes a medida que fluyen fuera de la columna y para aumentar la vida de la columna es recomendable el uso de pre-columnas que sirven para eliminar la materia en suspensión y los contaminantes de los disolventes y su composición es similar a la columna analítica. En relación con la fase móvil, ésta consta de reservorios (disolventes), contenidos en recipientes de vidrio y cada recipiente presenta 500 mL de diluyente de alta pureza (grado HPLC), estables, desgasificados, compatibles con la muestra y compatible con el detector utilizado en el equipo, proporcionando transparencia óptica en el caso del uso de detectores de UV. La eficiencia de la separación se aumenta por la utilización de dos o más disolventes (mediante el cambio de la composición de la fase móvil durante el proceso de separación) con una polaridad, llamada elución con gradiente, en comparación con una separación en que

7. la fase móvil permanece constante durante el estudio de las muestras, llamada elución isocrática. Por otro lado, el equipo presenta sistemas de bombeo que son capaces de generar altas presiones por encima de 400 atm, donde las bombas recíprocas impulsan el disolvente mediante un movimiento de vaivén y válvulas que regulan la entrada y salida del disolvente. En relación con el sistema de inyección, la muestra debe estar en estado líquido o en solución siendo compatible con la fase móvil, así como también con la fase estacionaria, se inyecta entre 5 µL y 10 µL. Esta inyección de la muestra se puede realizar mediante jeringas de alta presión o con el sistema de válvulas inyectoras y los componentes de la muestra se mueven a través de la columna a diferentes velocidades. Luego, el analito que sale es detectado mediante el detector, generando una señal eléctrica, en donde los detectores de fluorescencia detectan diversos tipos de compuestos como el tolueno, benceno, fenol, clorobenceno, entre otros y los detectores UV detectan compuestos como bifenilo, antraceno, aminas, etc. Figura 1. Cromatógrafo HPLC

8. Figura 2. Partes de un cromatógrafo de HPLC 3.2 Cromatografía de Gases - CG Este tipo de cromatografía consta de un equipo de (a temperaturas de hasta 350-400ºC) mediante la distribución de los componentes en dos fases: la fase fija (estacionaria) y la móvil. En este caso, y en comparación con la técnica de HPLC este tipo de cromatografía (CG) usa como fuente móvil un gas inerte cuya función es transportar los componentes de la muestra, permitiendo que éstas fluyan a través de la columna de fase fija. A parte de la fase móvil y estacionaria esta CG está compuesta por detectores en el cuál evidencian la presencia o ausencia de analitos presentes en una muestra determinada, conociendo así la cantidad separación que permite el análisis de mezclas de sustancias volátiles, semivolátiles y térmicamente estables presente en la muestra de estudio, todo en función con comparaciones de patrones ya conocidos (Figura 3). Existen dos tipos de cromatografía de gases, está la CGS (Cromatografía de Gas-Sólido) y la CGL (Cromatografía de Gas-Sólido) y la diferencia entre estas es la aplicación de las fases estacionaria y de forma general, la cromatografía de gases tiene la ventaja de disponer de detectores mucho más universales, es una técnica rápida en comparación con HPLC.

9. En relación con las aplicaciones de la cromatografía de gases, esta técnica permite determinar los componentes en el sector de alimentación y de perfumería (verificando sus componentes, su pureza, calidad de los productos, sus fragancias y aromas), en cuantificar la cantidad de gases presentes del efecto invernadero, muy usados en el área de química industrial (derivados de petróleo, análisis de hidrocarburos) y en la biociencia. Por otro lado, en las ciencias forenses y criminalísticas, en la industria farmacéutica es muy usado para análisis de calidad, para buscar esas impurezas que pueden estar interfiriendo con la calidad del producto y en el análisis de lotes de medicamentos fabricados para el análisis cromatográfico la muestra debe ser volatilizada (mediante el uso de altas presiones de vapor) para su posterior estudio en el cual esta es inyectada en la cabeza de la columna cromatográfica mediante una microjeringa en el cual libera de manera inmediata la muestra (µL). Posteriormente se realiza la elución en el cual la muestra es transportada por un gas inerte en el cual pueden ser usados el nitrógeno, hidrógeno, argón y el más usado es el helio que actúan como fase móvil y que no interacciona con las moléculas del analito, solo cumple la función transportadora del analito y arrastra los componentes de la mezcla. Estos analitos presentes en la muestra pasan por la columna (fase estacionaria) que normalmente presenta 1mm de diámetro y 30 metros de longitud y su fabricación está a base de acero inoxidable, aluminio y cobre. La columna puede tener forma de U o puede estar empacada como una espiral y el uso de las columnas (de su composición) dependen de la polaridad de los componentes que se desean separar y estudiar, si se quiere estudiar una muestra apolar debe escogerse una columna con una fase estacionaria lo menos polar. Con respecto a la detección de las muestras el detector responde con una señal a la presencia del analito analizado la cual se

10. amplifica y representa a través de un cromatograma. Existen los detectores como los detectores de conductividad térmica (TCD) y el detector de ionización de flama (FID- Flame Ionization Detector) donde este es mayormente usado y los cromatogramas obtenidos tanto en CG y HPLC se pueden analizar las señales, sus formas y alturas en función del tiempo. Figura 3. Cromatógrafo de gases Figura 4. Partes de un cromatógrafo de gases

11. IV. INSTRUMENTOS Tabla 1. Instrumentos usados en la elaboración de las maquetas artesanales V. MATERIALES

12. Tabla 2. Materiales empleados en la elaboración de las maquetas artesanales VI. METODOLOGÍA 6.1 Cromatógrafo Líquido (HPLC) En el desarrollo de este trabajo se contaron con 5 cajas de cartón en total, 3 de ellas eran de iguales características, 1 caja grande que viene a ser el horno y la otra caja restante mediana que será el detector del equipo. Figura 5. Elección de cajas para la estructura de del Cromatógrafo Líquido

13. 6.1.1 Estructura Externa de Cromatógrafo Líquido (HPLC) ➔ Paso N°1 Se pegan los bordes de las cajas con cinta masking tape, asimismo la base de las cajas se debe pegar con silicona caliente para que no se abra y tenga mayor resistencia. Figura 6. Proceso de reforzamiento en la parte exterior e interior de las cajas

14. ➔ Paso N° 2 Se realizan los cortes necesarios para lograr dar forma a la maqueta. Figura 7. Proceso de adecuación y cortes en la maqueta

15. ➔ PASO 3 Procedemos a forrar las cajas para dar mayor reforzamiento y estas no se rompan fácilmente. Para mejorar la estabilidad en un envase o recipiente mezclamos agua y cola sintética. Tomamos trozos de papel periodico sin medidas específicas y procedemos a forrar. Figura 8. Proceso de forrado de las cajas ➔ PASO 4 Una vez forradas las cajas esperamos a que sequen para posteriormente forrarlas de color blanco con ayuda de papelotes. En el caso de algunas cajas se usó pintura APU blanca.

16. Figura 10. Proceso de forrado de las cajas ➔ PASO 5 Una vez forradas las cajas, se emplea cartulina negra para dar algunos detalles de la parte exterior del equipo. Tomamos medida de la cantidad que se va usar, cortamos y pegamos con silicona. Figura 11. Proceso de forrado de las cajas

17. ➔ PASO 6 Luego se procedió a forrar la parte interna de la maqueta haciendo uso de papeles reciclados. Figura 12. Proceso de forrado de las cajas 6.1.2 Estructura Interna del Cromatógrafo Líquido (HPLC) ➔ PASO 7 Luego de terminar con el forrado de las cajas con papelote blanco y pegar los detalles exteriores de color negro, comenzamos a realizar los detalles que irán en la parte interior de la maqueta. Figura 13. Proceso de forrado de las cajas pequeñas

18. Para los frascos pequeños que van en la parte interior se hicieron mini rollos con papel reciclado que previamente serán unidos para que tomen un mayor volumen. Figura 14. Proceso de forrado de las cajas pequeñas ➔ Paso 8 Seguidamente procedemos a pintar los frasquitos de papel, sobre todo las tapas pequeñas con un plumon de color azul. Figura 15. Proceso de forrado de las cajas pequeñas

19. ➔ Paso 9 Para los demás elementos que van en la parte interior se usó pequeñas cajitas de cartón. Una vez armadas fueron pintadas de color plomo y se les dibujó el diseño. Figura 16. Proceso de forrado de las cajas pequeñas ➔ Paso 10 Se realizó el armado del equipo juntando todas la piezas ya forradas y pintadas. Figura 17. Proceso de forrado de las cajas pequeñas ➔ Paso 11 Para finalizar se ensambló la parte interior colocando las piezas previamente elaboradas con material reciclado.

20. Figura 18. Proceso de forrado de las cajas pequeñas 6.2 Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B) En el desarrollo de esta maqueta se contaron con 4 cajas grandes de cartón en total, la primera caja mediana se empleó para ser el centro de la estructura, la segunda caja grande se divide en diferentes partes para formar principalmente la base resistente de toda la estructura así como la formación de los demás componentes externos y las dos últimas cajas pequeñas se usaron para realizar los componentes internos. 6.2.1 Estructura Externa del Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B) ➔ Paso 1.

21. En el procedimiento de selección de tamaño de las cajas debe estar de acuerdo a la estructura del equipo original para lograr obtener una réplica adecuada, por ello se requiere recolectar varios tipos de estas cajas para tener llegar a decidir por una adecuada que sirva como soporte y sea resistente para las demás partes pegadas. Figura 19. Elección de la caja principal ➔ Paso 2 Se toman las medidas, se corta y se pegan las cajas que se utilizarán para poder realizar la parte exterior del cromatógrafo de gases. Figura 20. Proceso de medición y recorte de las cajas seleccionadas para la maqueta CG

22. ➔ Paso 3 Una vez obtenidas todas las partes del cromatógrafo de gases, se procede a unirlas y formar toda la parte exterior. Figura 21. Separación de las partes de la estructura externa y su ensamblaje ➔ Paso 4 Con la ayuda de una brocha, se forran las cajas con pedazos de papel reciclado y goma para que este tome una mejor resistencia. Figura 22. Proceso de forrado de la caja principal con hojas recicladas

23. ➔ Paso 5 Una vez terminado de forrar la caja con diversas capas de papel, se deja secar alrededor de 1 día y 1 noche. Figura 23. Primer Forro de Caja principal con hojas recicladas ➔ Paso 6 Luego del secado de la caja, se procede a forrar con ayuda de silicona caliente, pero esta vez con papelotes reciclados y hojas negras, para que tenga una base más lisa y estética. Figura 24. Segundo forrado de la Caja principal con papelote blanco y hojas de color negro para la estructura del panel de operaciones.

24. ➔ Paso 7 Para el panel de operaciones que cuenta con una pantalla, indicadores, avisador acústico y el teclado se usaron impresiones con hojas recicladas, cinta y silicona. Figura 25. Panel de operaciones desarrollado usando hojas recicladas de color 6.2.2 Estructura Interna del Cromatógrafo de Gases (Agilent 7890B) a) Columna y Horno ➔ Paso 8 Para la parte interna de la puerta se usaron hojas recicladas para forrarla y así fortalecer el cartón para la obtención de un mejor acabado. Figura 26. Puerta del horno parte interior forrada con hojas recicladas

25. ➔ Paso 9 En la parte interior del horno y para los bordes de este se usaron cartones los cuales se forraron para posteriormente pegar con silicona caliente el papel aluminio reciclado en las columnas del equipo CG. Figura 27. Desarrollo del proceso de forrado con papel aluminio reciclado de la caja pequeña para representar el horno del equipo CG ➔ Paso 10 Dentro de los componentes del horno del equipo se encuentran sus componentes principales los cuales van unidos con el inyector y el detector, estos elementos se realizaron usando dos tiras delgadas de cartón forrado con papel dorado y la parte de una malla de cabello.

26. Figura 28. Ensamblaje de los componentes internos del horno CG b) Inyectores ➔ Paso 11 Los inyectores de la maqueta son una parte de la estructura más importantes, dicho componente se encuentra en la superficie expuesta del lado izquierdo de la maqueta, para su elaboración se usaron papel aluminio cortado de forma circular, para los detalles en este caso se usaron trozos de corrospum reciclados pintados con témpera verde y un marcador negro. Figura 29. Inyectores y sus partes del equipo CG

27. c) Caja de Válvulas de Inyección ➔ Paso 12 Para la representación de válvulas de inyección automáticas se recortaron cajas de tamaño pequeño con un aproximado de 3 cm x 6cm de largo asimismo se forraron con cartulina ploma y por encima los concetores con papel aluminio plateado y dorado. Figura 30. Procedimiento de armado de la estructura de la caja de válvulas ➔ Paso 13 Posteriormente se ubica la caja de válvulas debajo de la tapa de la superficie, para el procedimiento de esta caja se utilizó una plancha poco gruesa de cartón asimismo se forra con el papel aluminio reciclado. Figura 31. Procedimiento de pegado de la caja de válvulas en el cromatógrafo CG

28. d) Detectores ➔ Paso 14 En la elaboración de los detectores y sus conectores se emplearon cajas pequeñas de colonias, celulares y medicamentos para luego pegar con silicona caliente las hojas de colores y el papel aluminio y dorado. Figura 32. Procedimiento de pegado de los detectores en el cromatógrafo CG

29. ➔ Paso 15 Las uniones que presentan la caja de valvulas y los detectores tienen en su estructura cables delgados de color blanco, en los cuales se representó con hilo de grosor medio blanco y corrospum reciclado cortado en delgadas tiras pintadas con témperas de colores. Finalmente se unieron y ordenaron los cables reciclados con un pedazo de corrospum para que tenga un mejor aspecto. Figura 33. Proceso de Elaboración de los conectores de la maqueta CG

30. e) Vistas de la estructura interna del cromatógrafo de gases (CG) - Vista 1: Figura 34. Vista Superior de la estrutura interna - Vista 2: Figura 35. Vista Superior- frontal de la estructura interna

31. Vista 3: Figura 36. Vista Frontal de la estrutura interna VII. RESULTADOS 7.1 Cromatógrafo Líquido (HPLC) Figura 37. Culminación de la Maqueta Cromatógrafo Líquido (HPLC)

32. 7.2 Cromatógrafo De Gases (CG) Agilent 7890B Figura 38. Culminación de la Maqueta Cromatógrafo de Gases (CG)

33. VIII. CONCLUSIONES Se pudo concluir con la elaboración de las maquetas de los equipos mencionados (HPCL) y cromatografía a gas no funcionales, además que se pudo reconocer de forma correcta las partes y componentes fundamentales de ambos equipos. Se logró conocer la funcionalidad de estos equipos, como su importancia y su aplicación, donde se observó que tiene un papel muy importante en la ingeniería al momento de realizar investigaciones. IX. RECOMENDACIONES Se recomienda tener en cuenta el tiempo requerido para lograr armar los equipos, así como también las herramientas requeridas y materiales correspondientes a cada paso de elaboración y los diseños de cada componente al momento de recrear. Por otro lado también se recomienda guiarse de una imagen de referencia que mejore la calidad del trabajo final.

34. X. BIBLIOGRAFÍA Giraldo, Francisco; Cataño, Carlos; Morales, Gladys; López, Carlos; Galeano, Elkin Determinación de azadirachtina por cromatografía líquida de alta eficiencia. (HPLC) en semillas de árbol de neem (A. indica) cultivadas en Colombia. vitae, vol. 9, núm. 1, 2002, pp. 59-63. Guzmán M, Identificación y cuantificación de sustancias por HPLC (2019). Facultad de química de México. Coyoacán Sagrado Álvarez, C. (2020). Análisis isotópico directo de compuestos específicos mediante pirólisis (Py-CSIA). Revisión bibliográfica. Gutiérrez A., Del Rio, J.C., Gonzalez-Villa, F.J. y Martín, F. "Analysis of lipophilic extractives from wood and pitch deposits by solid-phase extraction and gas chromatography”. Journal of chromatography 1998. Koog Douglas A, Holler F. James , Crouch Stanley R. (2008). Principios de Análisis Instrumental. Cengage Learning Editores. Villarroel G Orialis. Detección de toxinas paralizante, diarreica y amnésica en mariscos de la xi región por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) y bioensayo en ratones. Cienc. Tecnol. Mar, 27 (2): 33-42, 2004.